本发明提供了一种低温伸展流变仪，包括：样品腔，设置在样品腔内的双辊夹具；设置在样品腔外部的冷却腔；设置在冷却腔外部的真空腔；与所述第一辊夹具相连，驱动所述第一辊夹具转动的第一电机；与所述第二辊夹具相连，驱动所述第二辊夹具转动的第二电机；设置在第一辊夹具和第一电机之间的扭矩传感器；力学控制系统；测温仪；与所述第一电机相连的第一电机驱动器，与所述第二电机相连的第二电机驱动器；通过运动控制器控制第一电机驱动器和第二电机驱动器的电机控制系统。本发明还提供了一种高分子薄膜低温性能测试方法。本发明提供的低温伸展流变仪可以联合X射线散射使用，原位研究高分子薄膜拉伸过程中结构演化行为与低温使用性能的关系。